EP2893567B1 - Messmodul zur remissions-photometrischen analyse - Google Patents

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EP2893567B1
EP2893567B1 EP13762064.7A EP13762064A EP2893567B1 EP 2893567 B1 EP2893567 B1 EP 2893567B1 EP 13762064 A EP13762064 A EP 13762064A EP 2893567 B1 EP2893567 B1 EP 2893567B1
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measuring
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F Hoffmann La Roche AG
Jenoptik Optical Systems GmbH
Roche Diabetes Care GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a measuring module according to the preamble of claim 1.
  • the DE 198 35 094 A1 discloses a device for spectral measurement of objects in which the object is illuminated with radiation of a wide spectrum and radiation reflected or transmitted by the object is directed onto a receiver arrangement in such a way that the entire receiver arrangement receives radiation from the same spatial area, the radiation being spectrally divided .
  • Such measuring modules according to the preamble are well known from the prior art and are used, for example, to analyze biological samples such as blood or urine or environmental samples according to the measuring principle of reflectance, that is to say the light diffusely reflected on the sample. For this it is necessary that a secondary radiation excited by the measuring radiation in the sample is filtered so that the measurement is not falsified. Direct reflection can also be used as the measuring principle.
  • these filters are designed as separate components, for example made of glass. The processing of such filters made of glass is expensive and therefore expensive.
  • secondary radiation is understood to mean the radiation which can have a negative influence on the actual measurement signal, such as, for example, intrinsic fluorescence of the sample, secondary maxima of the light source or transmitter, ambient light, etc.
  • a measuring module is understood to be a measuring unit which receives and detects the radiation 12b reflected by a transmitting device on a sample to be examined by means of a receiving device.
  • the transmission channel and the reception channel are understood to mean any path that leads a measuring radiation from a transmitting device to one or a plurality of samples and carries the reflected measuring radiation to a receiving device.
  • the filter is preferably designed as a filter layer, the layer having to comprise a plurality of layers and thus being designed as a layer system.
  • the layer system can comprise the materials silicon oxide, tantalum pentoxide and / or titanium oxide in an alternating order.
  • the entire filter layer preferably has a thickness of greater than 0.5 ⁇ m and less than 4.5 ⁇ m.
  • the individual layers of the layer system preferably have a thickness of greater than 10 nm and less than 300 nm.
  • the filter or the filter layer can thus be understood as an interference filter.
  • a filter should be understood to mean any optical unit that selects the incident secondary radiation of a sample. Also disclosed here is a method for producing a measuring module according to the invention with the following features: producing a first and second focusing device using plastic; Overmolding of the first and second focusing device in such a way that a housing is formed; Evaporation of a filter on the second focusing device.
  • the filter is mounted on at least one of the two focusing devices 5; 6 evaporated ( Fig. 2 ). It can be advantageous on both focusing devices if, for example, secondary radiation occurs on the lighting unit or transmitter unit.
  • Fig. 2 shows such a schematic diagram with at least two filters 11; 11 '.
  • the filter can also be designed such that it adapts directly to the surface of the focusing device, see FIG. 11 '. It is both possible that the first and second focusing devices are manufactured in a first method step and then the two focusing devices are extrusion-coated with plastic, so that a housing is formed. Alternatively, it is also possible to interchange the process steps in time and thus inject the plastic housing first. Processes of this type are also known to the person skilled in the art as two-component injection molding processes.
  • the step of vapor deposition of the filter is preferably carried out by a PVD vapor deposition process using an ion beam-supported plasma source.
  • a PVD vapor deposition process using an ion beam-supported plasma source.
  • the measuring module comprises at least one transmission device 7.
  • the transmission device is designed as one or a plurality of light-emitting diodes.
  • the one or the plurality of light-emitting diodes emits a quasi-monochromatic measuring radiation 12a in the range from 300 nm to 1300 nm.
  • the measuring radiation has a wavelength of 365 nm.
  • Downstream of the transmitting device is a first focusing device 5 in a transmitting channel 3, which is designed as a focusing beam optics and focuses the measuring radiation on the sample 9 to be examined.
  • the sample 9 is held, for example, in a separate sample holder, not shown, wherein the sample holder can be designed to be able to hold several samples.
  • the focusing beam optics is designed as a converging lens made of plastic, the production preferably taking place using the injection molding process.
  • the radiation reflected by the sample 9 is detected by means of a receiving device 8 in order to obtain the corresponding measured values, on the basis of which the composition of the sample can be inferred.
  • a receiving device 8 For example, one or a plurality of photodiodes can be used as the receiving device 8.
  • the plurality of photodiodes are preferably combined into arrays and in parallel or in series interconnected to increase the sensitivity of the receiving device and to provide a sufficiently large measurement area.
  • a second focusing device 6 is arranged in front of it in a receiving channel 4.
  • the second focusing device 6 is also designed as a focusing radiation optics made of plastic.
  • a filter 11 is provided according to the invention, which is vapor-deposited onto the second focusing device. For example, this can be done using a PVD vapor deposition process (Physical Vapor Deposition).
  • the entire components of the module are housed in a common housing 2.
  • the housing 2 can be produced, for example, by a first injection molding process, while the optical components, such as the first and second focusing device, can be produced in a second subsequent injection molding process.
  • Such a method is also known to the person skilled in the art under the term “two-component injection molding method”. It is possible that the housing is injection molded first or, conversely, the optical components first.
  • the housing is closed with a base plate 10, which can also be made of plastic.
  • a control device (not shown) is also provided for operating the receiving device 8. This control device interacts with the transmission device 7 and provides switching signals for it. Furthermore, the control device comprises an amplifier for the radiation measured by the receiving device.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Messmodul gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Die DE 198 35 094 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Spektralmessung von Objekten, bei denen das Objekt mit Strahlung eines breiten Spektrums beleuchtet wird und vom Objekt reflektierte oder transmittierte Strahlung auf eine Empfängeranordnung derart geleitet wird, dass die gesamte Empfängeranordnung Strahlung aus dem gleichen Raumgebiet empfängt, wobei die Strahlung spektral aufgeteilt wird.
  • Derartige Messmodule gemäß dem Oberbegriff sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden beispielsweise dazu verwendet, um biologische Proben wie Blut oder Urin oder Umweltproben nach dem Messprinzip der Remission, also des an der Probe diffus reflektierten Lichts, zu analysieren. Hierzu ist es notwendig, dass eine von der Messstrahlung in der Probe angeregte Nebenstrahlung gefiltert wird, so dass die Messung nicht verfälscht wird. Ebenso kann als Messprinzip direkte Reflexion verwendet werden. Gemäß dem Stand der Technik sind diese Filter jedoch als separate Bauteile, beispielsweise aus Glas, ausgebildet. Die Bearbeitung derartiger Filter aus Glas ist teuer und somit kostenintensiv.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Messmodul zur Verfügung zu stellen, das insbesondere kompakter aufgebaut ist und somit kostengünstiger hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Messmodul gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die abhängigen Ansprüche näher definiert. Erfindungsgemäß wird unter einer Nebenstrahlung die Strahlung verstanden, die das eigentliche Messsignal negativ beeinflussen kann, wie zum Beispiel Eigenfluoreszenz der Probe, Nebenmaximas der Lichtquelle oder Sendeeinrichtung, Umgebungslicht usw.. Durch die Kombination der zweiten Fokussiereinrichtung mit dem Filter zu einer Baueinheit kann auf zusätzliche Bauteile verzichtet werden. Zudem erweist sich eine derartige Anordnung als kompakt und leicht zu handhaben.
  • Als Messmodul wird erfindungsgemäß eine Messeinheit verstanden, die die von einer Sendeeinrichtung an einer zu untersuchenden Probe reflektierte Strahlung 12b mittels einer Empfangseinrichtung empfängt und detektiert. Als Sendekanal und Empfangskanal wird erfindungsgemäß jeder Verlaufsweg verstanden, der eine Messstrahlung von einer Sendeeinrichtung zu einer oder einer Mehrzahl an Proben führt und die reflektierte Messstrahlung zu einer Empfangseinrichtung weiterführt.
  • Bevorzugt ist der Filter als eine Filterschicht ausgebildet, wobei die Schicht mehrere Schichten umfassen muss und somit als ein Schichtsystem ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Schichtsystem die Materialien Siliziumoxid, Tantalpentoxid und/ oder Titanoxid in abwechselnder Reihenfolge umfassen. Die gesamte Filterschicht weist bevorzugt eine Dicke von größer als 0,5 µm und kleiner als 4,5 µm aufweist. Die einzelnen Schichten des Schichtsystems weisen bevorzugt eine Dicke von größer 10 nm und kleiner 300 nm auf. Der Filter oder die Filterschicht kann somit als ein Interferenzfilter verstanden werden.
  • Erfindungsgemäß soll unter einem Filter jede optische Einheit verstanden werden, die die einfallende Nebenstrahlung einer Probe selektiert. Auch hier offenbart ist ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Messmoduls mit folgenden Merkmalen: Herstellen einer ersten und zweiten Fokussiereinrichtung mittels Kunststoff; Umspritzen der ersten und zweiten Fokussiereinrichtung derart, dass ein Gehäuse ausgebildet wird; Aufdampfen eines Filters auf die zweite Fokussiereinrichtung. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Filter auf mindestens einem der beiden Fokussiereinrichtungen 5; 6 aufgedampft (Fig. 2). Auf beiden Fokussiereinrichtungen kann dann vorteilhaft sein, wenn zum Beispiel eine Nebenstrahlung an der Beleuchtungseinheit bzw. Sendeeinheit auftritt. Fig. 2 zeigt eine solche Prinzipdarstellung mit mindestens zwei Filtern 11; 11'. Der Filter kann auch so ausgestaltet sein, dass er sich direkt der Oberfläche der Fokussiereinrichtung anpasst, siehe 11'.
    Es ist sowohl möglich, dass in einem ersten Verfahrensschritt die erste und zweite Fokussiereinrichtung gefertigt werden und anschließend die beiden Fokussiereinrichtungen mittels Kunststoff umspritzt werden, so dass ein Gehäuse ausgebildet wird. Alternativ ist es auch möglich die Verfahrensschritte zeitlich zu vertauschen und somit zuerst das Kunststoffgehäuse zu spritzen. Derartige Verfahrensabläufe sind dem Fachmann auch als Zwei-Komponenten-Spritzguss-Verfahren bekannt.
  • Der Schritt des Aufdampfens des Filters erfolgt bevorzugt durch einen PVD Bedampfungsprozess mittels ionenstrahlgestützter Plasmaquelle. Ein derartiges Verfahren eignet sich sehr gut für die Abscheidung von dünnen Schichten, wobei die Schichten zudem einen hohen Reinheitsgrad aufweisen.
  • Es versteht sich, dass die eben beschriebenen Ausführungsformen in Alleinstellung oder in Kombination untereinander dargestellt werden können. Weitere wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und Figuren. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messmoduls beschrieben und mittels der Figur näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Messmoduls 1. Ein derartiges Messmodul ist beispielsweise geeignet, die an biologischen oder Umweltproben 9 reflektierte Strahlung zu messen und zu analysieren.
    • Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze eines optischen Messmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung in alternativer Ausführung.
  • Das Messmodul umfasst zumindest eine Sendeeinrichtung 7. Die Sendeeinrichtung ist als eine oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden ausgebildet. Beispielsweise strahlt die eine oder die Mehrzahl von Leuchtdioden eine quasi-monochromatischen Messstrahlung 12a im Bereich von 300 nm bis 1300 nm ab. In einer besonderen Ausführungsweise hat die Messstrahlung eine Wellenlänge von 365 nm. Der Sendeeinrichtung nachgeordnet ist eine erste Fokussiereinrichtung 5 in einem Sendekanal 3, die als eine fokussierende Strahloptik ausgebildet ist und die Messstrahlung auf die zu untersuchende Probe 9 fokussiert. Die Probe 9 wird beispielsweise in einem separaten nicht dargestellten Probenhalter gehalten, wobei der Probenhalter ausgebildet sein kann, um mehrere Proben aufnehmen zu können. Die fokussierende Strahloptik ist erfindungsgemäß als eine Sammellinse aus Kunststoff ausgebildet, wobei die Herstellung bevorzugt im Spritzgussverfahren erfolgt.
  • Die von der Probe 9 reflektierte Strahlung (sog. Remission) wird mittels einer Empfangseinrichtung 8 detektiert, um die entsprechenden Messwerte zu gewinnen, anhand deren auf die Zusammensetzung der Probe rückgeschlossen werden kann. Als Empfangseinrichtung 8 können beispielsweise eine oder eine Mehrzahl an Photodioden verwendet werden. Bevorzugt werden die Mehrzahl an Photodioden zu Arrays zusammengefasst und parallel oder in Reihe verschaltet, um die Empfindlichkeit der Empfangseinrichtung zu steigern und ein hinreichend großes Messareal zur Verfügung zu stellen.
  • Um die reflektierte Messstrahlung auf die Empfangseinrichtung 8 zu fokussieren, ist dieser eine zweite Fokussiereinrichtung 6 in einem Empfangskanal 4 vorgelagert. Die zweite Fokussiereinrichtung 6 ist ebenfalls als fokussierende Strahlungsoptik aus Kunststoff ausgebildet.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, lediglich die von der Probe reflektierte Strahlung auszuwerten. Eine von der Messstrahlung angeregte Nebenstrahlung soll der Messung nicht zugänglich sein. Um diese Nebenstrahlung von der Messung auszublenden, die beispielsweise eine Wellenlängenverschiebung von der Sendeeinrichtung von 20 nm bis 200 nm aufweisen kann, in einer besonderen Ausführung bei 460 nm, ist erfindungsgemäß ein Filter 11 vorgesehen, der auf die zweite Fokussiereinrichtung aufgedampft wird. Beispielsweise kann dies durch einen PVD-Bedampfungsprozess (Physical Vapour Deposition) erfolgen.
  • Die gesamten Komponenten des Moduls sind in einem gemeinsamen Gehäuse 2 untergebracht. Das Gehäuse 2 kann beispielsweise durch einen ersten Spritzgießprozess hergestellt werden, während die optischen Komponenten wie die erste und zweite Fokussiereinrichtung in einem zweiten nachfolgenden Spritzgießprozess hergestellt werden können. Ein derartiges Verfahren ist dem Fachmann auch unter dem Begriff "Zwei-Komponenten-SpritzgussVerfahren" bekannt. Hierbei ist es sowohl möglich, dass zuerst das Gehäuse gespritzt wird oder umgekehrt zuerst die optischen Komponenten. Abgeschlossen wird das Gehäuse mit einer Grundplatte 10, die ebenfalls aus Kunststoff ausgebildet sein kann.
  • Zum Betreiben der Empfangseinrichtung 8 ist ferner eine nicht dargestellte Steuervorrichtung vorgesehen. Diese Steuervorrichtung wirkt mit der Sendeeinrichtung 7 zusammen und stellt Schaltsignale für diese bereit. Ferner umfasst die Steuervorrichtung einen Verstärker für die von der Empfangseinrichtung gemessene Strahlung.

Claims (6)

  1. Messmodul (1) zur remissions-photometrischen Analyse von einer (9) oder einer Mehrzahl Proben mit folgenden Merkmalen:
    - einer Sendeeinrichtung (7) mit einem Sendekanal (3) zum Aussenden einer Messstrahlung (12a) zum Ort der Probe (9);
    - einer ersten Fokussiereinrichtung (5) zum Fokussieren der Messstrahlung auf die Probe;
    - einer Empfangseinrichtung (8) mit einem Empfangskanal (4) zum Empfangen der durch die Probe reflektierten Strahlung (12b);
    - einer zweiten Fokussiereinrichtung (6) zum Fokussieren der durch die Probe reflektierten Messstrahlung auf die Empfangseinrichtung (8), wobei die zweite Fokussiereinrichtung (6) einen Filter (11) umfasst, dadurch kennzeichnet, dass
    die zweite Fokussiereinrichtung (6) aus Kunstoff besteht und
    der Filter (11), der auf die zweite Fokussiereinrichtung aufgedampft ist, dazu ausgebildet ist, eine durch die Messstrahlung angeregte Nebenstrahlung, wie zum Beispiel Eigenfluoreszenz der Probe, Nebenmaximas der Lichtquelle oder Sendeeinrichtung, Umgebungslicht oder dergleichen der Probe zu filtern.
  2. Messmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (11) als eine Filterschicht ausgebildet ist.
  3. Messmodul (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht als ein mehrschichtiges System ausgebildet ist und bevorzugt eine Dicke größer als 0,5 µm und kleiner als 4,5 µm aufweist.
  4. Messmodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten des mehrschichtigen Systems eine Dicke von größer 10 nm und kleiner 300 nm aufweisen und folgende Materialien in abwechselnder Reihenfolge aufweisen: Siliziumoxid, Tantalpentoxid und/ oder Titanoxid.
  5. Messmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (7), die Empfangseinrichtung (8), die erste und zweite Fokussiereinrichtung (5,6) in einem gemeinsamen Gehäuse (2), insbesondere aus Kunststoff, angeordnet sind.
  6. Messmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (7) als eine oder eine Mehrzahl an Leuchtdioden ausgebildet ist und die Empfangseinrichtung (8) als eine oder eine Mehrzahl an Photodioden ausgebildet ist.
EP13762064.7A 2012-09-06 2013-09-05 Messmodul zur remissions-photometrischen analyse Active EP2893567B1 (de)

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